كمية

تدفق نيوترينو

المعدل الذي تمر به النيوترينوات عبر وحدة مساحة، ويُستخدم غالبًا لقياس انبعاث النيوترينو من مصدر.
7 مقالات ذات صلة

الوصف

تدفق النيوترينو هو المعدل الذي تمر به النيوترينوات عبر وحدة مساحة في وحدة زمن، ويُعبَّر عنه عادةً بعدد النيوترينوات لكل سنتيمتر مربع في الثانية. وهو يحدد عدد هذه الجسيمات شبه عديمة الكتلة والتي تتفاعل بشكل ضعيف، والتي تنبعث من مصدر مثل الشمس أو مستعر أعظم أو مفاعل نووي. ولأن النيوترينوات تتفاعل بشكل ضعيف مع المادة، فإن قياس تدفقها يوفر أداة مباشرة لاستكشاف العمليات في أعماق النجوم أو في الكون المبكر، والتي تكون غير مرئية بخلاف ذلك.

التاريخ

اقترح فولفغانغ باولي وجود النيوترينو في عام 1930، واكتشفه كلايد كوان وفريدريك راينس في عام 1956. وقد كشف أول قياس لتدفق نيوترينوات الشمس بواسطة راي ديفيس (في ستينيات وسبعينيات القرن العشرين) عن نقص في العدد المتوقع، مما أدى إلى اكتشاف تذبذبات النيوترينو، وهو ما نال جائزة نوبل في عام 2002.

كيف يعمل

تنتج النيوترينوات في التفاعلات النووية (مثل الاندماج في الشمس) وتنتقل عبر الفضاء دون أن تعترضها المادة تقريبًا. لقياس التدفق، تستخدم الكواشف أحجامًا كبيرة من المواد — مثل الماء أو الجليد أو وميض سائل — حيث يخلق تفاعل نادر للنيوترينو إشارة قابلة للكشف، مثل وميض ضوئي (إشعاع شيرينكوف) أو مسار جسيم مشحون. من خلال عد الأحداث ومراعاة كفاءة الكاشف وحجمه، يستنتج الفيزيائيون التدفق الوارد. نظرًا لانخفاض احتمال التفاعل، يجب أن تكون الكواشف ضخمة ومحمية من الإشعاع الخلفي.

في التطبيق

تستخدم قياسات تدفق النيوترينو لمراقبة المفاعلات النووية لأغراض منع الانتشار، ودراسة الاندماج الشمسي، وكشف المستعرات العظمى — كما حدث في حدث عام 1987 الذي أكد نماذج انهيار النواة.

حقيقة طريفة

يمر حوالي مئة مليار نيوترينو شمسي عبر كل سنتيمتر مربع من جسمك كل ثانية، ومع ذلك لا تشعر بشيء — فهي تتفاعل بشكل ضعيف لدرجة أن واحدًا فقط تقريبًا طوال حياتك قد يُمتص.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 7

صائدو أشباح الشمس
الشمس مفاعل نووي هائل يرسل إلينا الضوء والحرارة باستمرار. لكن لديها أيضًا بريد آخر شبه صامت: كل ثانية، تمر عبر سنتيمتر مربع من راحة يدك عشرات المليارات من النيوترينوات، وهي جسيمات شبحية تولد في بوتقة الاندماج النووي. معظمها لا يترك أي أثر.
كيف تنقذ رعشة الذرات خاصية السيولة الفائقة في النجم النيوتروني
قاعة مكتظة بالراقصين ينزلقون دون أدنى احتكاك — يمرون عبر بعضهم البعض دون أن يتلامسوا. هذا هو السائل فائق السيولة. في قشرة النجم النيوتروني، يمكن للنيوترونات أن تتصرف بهذه الطريقة، لكن شبكة صلبة من الأيونات تعيقهم — كما لو أن حلبة الرقص امتلأت فجأة بأعمدة كثيفة. كان يُعتقد عادةً أن الشبكة ثابتة تمامًا، وأن السيولة الفائقة تكاد تختفي.
نيوترونات محاصرة في بلورة
النيوترون جسيم بدون شحنة كهربائية، ومن الصعب الإمساك به: فهو يخترق الأجهزة مثل رصاصة تخترق الضباب. في التجارب العادية، لديه فرصة واحدة فقط للمرور عبر البلورة، وكل القياسات تتم في تلك اللحظة. الفكرة الجديدة هي جعل النيوترون يدور داخل المصيدة، مثل كرة بين جدارين. لهذا الغرض، يُستخدم النجم النيوتروني الذي ينعكس عن ألواح سيليكون ناعمة تمامًا.
صدى راديوي متأخر لومضة نيوترينو
في عام 2017، رصد كاشف IceCube نيوترينو قادمًا من المجرة البعيدة TXS 0506+056. الأمر يشبه سماع رنين هاتف من عبر المحيط: الإشارة جاءت من حيث تولد الجسيمات الأكثر طاقة في الكون. بالتزامن مع النيوترينو، لاحظ علماء الفلك ومضة من أشعة غاما، وبعد سنتين إلى ثلاث سنوات، موجات راديوية.
غبار توهّج خلال أسبوعين
الغبار حول النجم الفتي CVSO 1942 توهّج كما لو أن مصباحًا أُشعل بكامل قوته. في عام 2024، نظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) إلى القرص الانتقالي — وهو حلقة من الغاز والغبار حيث تتشكل الكواكب للتو — ورأى أنه في الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (أطوال موجية أقصر من 10 ميكرومتر، أي أنحف بحوالي عشر مرات من شعرة الإنسان) أصبح القرص أكثر سطوعًا بمرتين مما كان عليه في عام 2005…
كيف يفلت الضوء من النجم النيوتروني
عندما ينفجر توهج سيني على نجم نيوتروني، ترتفع حرارة غلافه الجوي إلى ملايين الدرجات. الضوء الذي نلتقطه بالتلسكوبات يمر عبر هذه الطبقة الكثيفة من الغاز، ويتغير بشدة في طريقه. يصبح الطيف مختلفًا عن طيف الفرن المثالي: بعض الألوان تزداد قوة، وبعضها يخفت. بنى علماء من لوس ألاموس نموذجًا حاسوبيًا يكرر هذه الرحلة خطوة بخطوة.
بوصلة نووية في أنبوب اختبار
بوصلة مغناطيسية في أنبوب اختبار — يبدو وكأنه خدعة سحرية، لكنه فيزياء خالصة. في محلول الفومارات (ملح حمض الماليك)، تتصرف نوى الكربون-13 وكأنها قمم دوارة صغيرة. عندما ينخفض المجال المغناطيسي الخارجي إلى 400 نانو تسلا — أي أضعف بمئة ألف مرة من مجال الأرض — يكاد مستويا الطاقة لهذه القمم يندمجان.